一种机制砂高性能混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，具体涉及一种机制砂高性能混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、随着天然河砂资源日益枯竭以及生态环境保护要求不断提高，机制砂因来源广泛、质量可控、生产效率高等优点，已逐渐成为混凝土用细骨料的重要来源，在基础设施、装配式建筑、桥梁工程及高层建筑等领域得到广泛应用。然而，机制砂由岩石经机械破碎、整形制得，其颗粒形貌与天然河砂存在明显差异，通常具有棱角多、表面粗糙、石粉含量较高等特点，在提高骨料与浆体机械咬合作用的同时，也会导致拌合物需水量增加、流动性降低以及界面过渡区结构疏松等问题，从而影响混凝土的力学性能及耐久性能。

2、目前，为改善机制砂混凝土性能，通常采用优化级配、掺加矿物掺合料、添加聚羧酸减水剂或控制石粉含量等方法。其中，粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等矿物掺合料能够改善浆体结构，聚羧酸减水剂能够提高拌合物流动性，但上述措施主要作用于水泥浆体，对机制砂石粉表面的活性及其与水泥水化产物之间的界面结合能力改善有限。机制砂石粉由于活性较低、表面缺陷较多，易在界面过渡区形成局部薄弱区域，不利于水化产物均匀沉积，难以充分发挥石粉的微填充效应和晶核效应。

3、近年来，也有部分研究尝试对机制砂石粉进行改性处理，以提高其界面活性和水化促进作用，但多数采用单一硅源或有机改性剂进行表面处理，存在包覆层稳定性不足、改性均匀性较差或长期耐久性提升有限等问题。同时，对于如何利用无机活性材料协同改性机制砂石粉，提高其表面活性、促进水泥水化产物均匀生成，并进一步优化混凝土界面过渡区结构，仍缺乏一种工艺简单、成本适中且适于工程化应用的技术方案。

4、因此，开发一种机制砂高性能混凝土及其制备方法，通过对机制砂石粉进行高效协同改性，提高机制砂石粉与水泥基体之间的界面结合能力，改善混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能，对于推动机制砂资源高值化利用和高性能混凝土的发展具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中机制砂混凝土因机制砂石粉活性较低、界面过渡区结构疏松、拌合物流动性不足以及力学性能和耐久性能难以进一步提升问题，本发明的目的在于提供一种机制砂高性能混凝土及其制备方法。本发明采用硅溶胶和铝溶胶对粒径为0.005～0.075 mm的机制砂石粉进行协同改性，使其表面形成稳定的无机活性层，并与普通硅酸盐水泥、机制砂、碎石、矿物掺合料、甜菜碱及聚羧酸减水剂等组分复配制备机制砂高性能混凝土，从而改善机制砂石粉与水泥浆体之间的界面结合性能，优化混凝土内部微观结构。与现有技术相比，本发明通过硅溶胶-铝溶胶协同改性机制砂石粉，提高了机制砂混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能，具有良好的工程应用价值。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种机制砂高性能混凝土，包括以下重量份的原料：普通硅酸盐水泥300～450份；机制砂650～900份；碎石850～1200份；矿物掺合料50～180份；硅溶胶-铝溶胶协同改性机制砂石粉10～60份；甜菜碱0.05～1.5份；聚羧酸减水剂2～8份；水120～220份；其中，所述硅溶胶-铝溶胶协同改性机制砂石粉由机制砂石粉经硅溶胶和铝溶胶协同浸渍、干燥制得；所述矿物掺合料为粉煤灰和粒化高炉矿渣粉中的一种或两种；所述机制砂的粒径为0.15～4.75 mm。

4、可选地，硅溶胶-铝溶胶协同改性机制砂石粉包括以下重量份的原料：机制砂石粉100份；硅溶胶5～20份；铝溶胶3～15份；去离子水80～250份；所述机制砂石粉的粒径为0.005～0.075 mm。

5、可选地，硅溶胶-铝溶胶协同改性机制砂石粉的制备方法包括以下步骤：

6、（1）将硅溶胶、铝溶胶与去离子水混合均匀，制得硅铝复合溶胶；

7、（2）将机制砂石粉加入所述硅铝复合溶胶中进行浸渍处理，得到改性浆料；

8、（3）将改性浆料进行干燥、粉碎并过筛，得到所述硅溶胶-铝溶胶协同改性机制砂石粉。

9、可选地，步骤（1）的反应条件为搅拌温度20～35℃，搅拌时间20～40min，搅拌速度300～600r/min。

10、可选地，步骤（2）的反应条件为浸渍温度25～40℃，浸渍时间2～6h，搅拌速度200～500r/min。

11、可选地，步骤（3）的反应条件为干燥温度80～100℃，干燥时间6～10h，粉碎后过200～325目筛。

12、可选地，聚羧酸减水剂由聚羧酸减水剂母液、聚醚改性保坍剂、有机硅消泡剂和葡萄糖酸钠按照质量比100：（3～8）：（0.05～0.30）：（0.5～2）混合而成。

13、可选地，一种机制砂高性能混凝土的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

14、s1，将普通硅酸盐水泥、机制砂、碎石、矿物掺合料及硅溶胶-铝溶胶协同改性机制砂石粉混合均匀，得到干混料；

15、s2，将甜菜碱、水及聚羧酸减水剂混合均匀后加入所述干混料中，搅拌均匀，得到混凝土拌合物；

16、s3，将所述混凝土拌合物浇筑成型，经振实后养护，得到所述机制砂高性能混凝土。

17、可选地，步骤s1的反应条件为干混时间为2～5min，搅拌速度为30～60r/min；所述步骤s2的反应条件为先将甜菜碱、水及聚羧酸减水剂预混3～8min，再加入所述干混料中湿拌3～6min，搅拌速度为40～80r/min。

18、可选地，步骤s3的反应条件为振实时间为20～60s，静置12～24h后脱模，并于温度20±2℃、相对湿度不低于95%的条件下养护28d。

19、本发明的有益效果是：

20、本发明采用硅溶胶与铝溶胶对机制砂石粉进行协同改性，利用硅溶胶粒径小、分散性好的特点，在机制砂石粉表面形成均匀的活性硅质层，同时结合铝溶胶形成稳定的硅铝复合活性层，使机制砂石粉表面活性位点显著增加，增强其对水泥水化产物的诱导成核作用，促进c-s-h凝胶等水化产物在机制砂石粉表面的均匀沉积，从而提高机制砂石粉与水泥浆体之间的界面结合能力，改善界面过渡区结构，减少孔隙及微裂纹的产生，使混凝土内部结构更加致密，提高抗压强度、抗折强度及长期服役稳定性。

21、本发明在硅溶胶-铝溶胶协同改性机制砂石粉的基础上，引入甜菜碱与聚羧酸减水剂协同作用，其中甜菜碱能够改善水泥颗粒及改性机制砂石粉表面的水化环境，降低拌合体系中颗粒间的不利团聚作用，并与聚羧酸减水剂形成协同分散效果，提高浆体对机制砂颗粒的包裹能力，在保证较低水胶比的情况下仍能够保持良好的流动性和施工性能，同时降低因机制砂石粉吸附外加剂而引起的坍落度损失，使混凝土具有更加稳定的工作性能。

22、本发明采用硅溶胶和铝溶胶协同改性机制砂石粉代替传统未处理石粉，不仅充分发挥了机制砂石粉的微填充效应和活性效应，而且提高了石粉资源的综合利用率，使石粉由惰性填料转变为具有一定活性的功能组分，与矿物掺合料形成协同作用，进一步优化混凝土孔结构，提高抗渗性能、抗冻融性能及耐久性能，在保证优异综合性能的同时，无需复杂设备和特殊工艺，制备方法简单、成本适中，适于机制砂高性能混凝土的规模化生产及工程推广应用。